空间数据库引擎探究及GIS栅格和矢量数据类型的存储

30多年来，GIS及CAD软件一直采用传统文件方式存储和管理地图数据。20世纪90年代，GIS工作者开始研究基于关系型数据库(RDBMS)或对象关系型数据库系统(O-RDBMS)的空间数据存储管理方案，这就是所谓的“空间数据库”技术。当GIS行业跨入21世纪，一切都发生了改变。使用数据库管理包括地图及其属性的空间数据，成为GIS应用发展的潮流。与传统文件方式相比，空间数据库技术有明显的技术优势，包括海量数据管理能力、图形和属性数据一体化存储、多用户并发访问（包括读取和写入）、完善的访问权限控制和数据安全机制等。
   早期的空间数据库技术性能低下，往往被GIS行业人士当作中看不中用的绣花枕头，除了学术研究外，在应用系统中很少被真正使用。空间数据库技术正在逐步取代传统文件，成为越来越多的大中型GIS应用系统的空间数据存储解决方案。
   把GIS数据放在RDBMS中，但是一般的RDBMS都没有提供GIS的数据类型（如点、线、多边形、以及这些feature之间的拓扑关系和投影坐标等相关信息），RDBMS只提供了少量的数据类型支持：int，float，double，Blog，Long ，char等，一般都是数字，字符串和二进制数据几种。并且RDBMS不仅没有提取对GIS数据类型的存储，也没有提供对这些基础类型的操作（如：判断包含关系，相邻、相交、求差、距离、最短路径等）。


   为了实现GIS数据类型的存储和对GIS数据类型的操作支持。我们可以采用曲折的办法来达到这些目的。
1、  存储：把featrue以一个二进制的字段形式存储，同时建立对该二进制数据的描述信息（称为空间元数据）。
2、  操作：为每种feature建立一组函数包。
A、 读取时，先读取空间元数据，根据元数据把featrue的二进制数据填充到featrue对象的data部分中。
B、 写入时，先写入空间元数据，然后把featrue对像的data部分序列化为二进制数据，然后存储到feature字段中。
C、 空间运算：空间运算操作的内容为fatrue对象的data部分，而空间运算做为fatrue类成员函数。或者单独为每种feature建立相关的函数包。
下面我们先探究空间数据类型的存储。存储主要牵涉到的是GIS数据的元数据部分。我们需要管理好各种空间数据。
 
   同种类型的featrue我们归为一类，我们称为featrue类，每个feature类对应着数据库中的一个二进制字段，每个feature对象对应着这个二进制字段的具体数值。为了把GIS的feature的属性数据和空间数据存储到一起，统一管理。我们建立这样几个概念。
 
数据集：对应着数据库中的一张表，这个表里有featrue的二进制字段和一般的属性字段，同时还包括每个feature对象的元数据字段如：周长、面积以及辅助字段。
 
数据源：对应着数据库中的一组表，由两部分组成：一部分是数据集，另一部分是对数据集描述的表（称空间元数据表）。通常是每个schma（或者数据库）下一组空间元数据表。
起辅助作用的数据库对象：包括为各个数据集建立的索引、触发器、序列……
空间元数据表包括：
A：描述每个数据集的表：这个表里的字段包括：每个数据集的包围盒。以及对该数据集所建的索引的类型，名称等。
B：描述数据集字段的表：这张表的字段包括：数据集名，字段名称，字段类型，字段别名、数据集别名、数据集类型等……
C：辅助对象的元数据表：包括描述索引与数据集之间关系的表，包括描述触发器与数据集之间关系的表，包括描述序列与数据集之间关系的表。描述数据集之间关系的表（如网路数据集，是由点类型的数据集与线类型的数据集组成，这就需要说明点与线之间的拓扑关系咯）
上面我们只讨论矢量的GIS数据类型的存储，下面我们来探究下栅格类型的GIS数据存储。
同样的也有栅格的数据集，只不过是字段的类型稍微改变了下而已。为了加快数据存取，我们应当使得GIS操作只存取它所需要的数据，以一张遥感影像为例，我们可以把一块大影像按一定规则切割为一系列的小图块，然后把这些小图块以二进制的形式存储到IMAGE字段里，同时把该小图块的偏移位置（有了其实位置，和偏移位置以及每个图块的大小就知道了该图块的地理范围了）作为表的属性字段存储下来。以后在取数据时，需要先查该图块的元数据内容，得出地理范围（或者干脆就把每个图块的地理范围存储下来），这样就知道在显示时需要取哪些记录，然后再把需要显示的记录的IMAGE的数据取出来，根据地理范围把数据拼接起来就可以了（矢量数据的显示与操作也是这么干）。图块大小的划定规则是比较重要的，这非常影响速度的。
  一般来讲一个波段，对应着一个栅格数据集。在显示影像时，需要同时读取多个栅格数据集，在显示的时候把它们拼接到一起。
   我们还需要描述这些栅格数据集的元数据表，比如，那几个栅格数据集是一组的对应着同一个影像文件，地理坐标的情况怎样，影像金字塔信息。
（转自http://www.tianmomo.com/GIS/Spatial-Database/Spacial-Database-Engine-08.html）